高加放水管道振动分析及对策

唐畅　王智　周丽

摘 要：本文对供热工程高压加热器紧急放水管道异常振动情况进行分析，认为振动与汽液两相流、蒸汽进入疏水管道、支吊架设计不合理、疏水管道管径过大、水冲击等因素有关。经现场排查，确定水冲击是导致管道振动的主要原因。现场通过增加支吊架的方式，消除了水冲击，管道异常振动情况也得以解决。

关键词：高加；管道振动；水冲击

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.090

1 前言

开封供热改造工程试运行时，高压加热器紧急疏水管道振动剧烈，部分位置管道支座脱离支墩。为保证供热期按时供热，设计人员对疏水管道异常振动的原因进行分析，并提出相应对策。

2 工程概况

国家电投河南电力有限公司开封发电分公司位于开封市东郊土柏岗乡李楼村北侧，2×630MW机组工程场地位于开封分公司老厂东部、开竖窄轨铁路的末端站土柏岗站的西侧、开兰河以南、310 国道以北侧的区域内。2013 年对#1、#2 机组进行了工业抽汽改造，汽轮机本体中低压联通管改造已完成，每台机组预留 400t/h 采暖供汽能力。本次供热改造拟将#1、#2机组改造为开封市集中供热热源点，利用工业抽汽改造预留的采暖抽汽接口为开封市区提供采暖热源，实施集中供热。

开封供热工程设计最大热负荷为 564.34MW。采暖供热系统抽汽采用中低压连通管方案，全厂平均采暖供汽量为最大800t/h。厂内设热网首站，由首站至隔压换热站的管网为一级网，设计压力为1.6MPa，设计供回水温度为130/70℃，设计流量约为8100t/h。高压加热器是换热系统关键设备，将热水从80℃提升到130℃后送出。本工程高加正常疏水至凝汽器，紧急疏水至冷却塔前池。系统在第一个采暖季运行时，1号高加有换热管爆裂，高加水位达到高三值，开启电动门紧急疏水，控制水位。高加紧急疏水投入后，紧急疏水管道振动剧烈，部分位置管道支座脱离支墩。

3 原因分析

本次供热改造工程包括采暖供热首站、热网补水除氧、净水及化水处理、供电装置及辅助系统以及厂内相关管网。投入试运行后，高压加热器出现故障。首先是高压加热器部分换热管爆裂。经设计院与设备生产厂家现场会诊，确认是设备本体问题。通过更换厚壁耐压加热管后，问题得到解决。其次是高加紧急疏水管异常振动。造成这种情况的原因较复杂，下面详细分析。

据现场反馈，疏水管道大，电动阀门（开关型）全开后，液位下降很快，不確定是否因为蒸汽进入疏水管道[1]，造成介质及参数超出设计值，位移增大，进而脱落。疏水管道介质是否产生汽液两相流[2]，造成管道振动。支吊架设计不合理，缺乏有效的约束也可能造成管道振动[3]。疏水管道路径长，且阀后处于空管状态，是否因为弯头的阻碍流动特性[4]，水冲击造成的振动。

4 处理措施及效果

首先设计核查管径。因换热首站距离主厂房汽机很远，无需考虑汽轮机进水因素。按疏水流量240t/h考虑10%余量264t/h计算管径DN300下流速为1.0m/s，属于正常范围，管径选择没有问题。

核查电动阀门动作时间是否足够。现场反馈电动门为开关型，完成一次开、关动作需2min以上，这时疏水已经排完，蒸汽进入管道，造成管道位移大，且形成汽液两相流。根据高加资料，高加高Ⅲ水位时水容积为18m3。按管道截面φ325x7.5，流速1m/s计算，忽略这段时间内新产生的疏水，水全部放空需要240s即4min。即使因为管道阻力小，流速增加到2m/s，也需要2min钟才能放空。故电动门的动作时间是足够的，且开关阀门时，会有一定的节流作用，按全通径计算留有余量。设计方从保守角度出发，要求电动门改成点动控制，带中停功能，可有效控制流量及动作时间。一般高加水位达到高Ⅲ水位时，加热蒸汽进汽门应执行关闭动作，高加内即使残留部分蒸汽，也会随着体积的增大到达大气压，即使进入疏水管道也无流动动能，无法造成汽液两相流。

排除汽液两相流的可能性，查高加资料，疏水温度为90℃，即使在大气压下，也不会发生汽化现象。

核查支吊架。核查支吊架时发现，大致组合为滑动架和导向架结合。为安全起见，在排入冷却塔水池接口处，增加了限位措施。

通过以上整改措施后，电厂又一次发生高加爆管事故，投入高加危急疏水。管道振动有所降低，但局部仍有跳动，并录下视频。

通过视频分析，管道为脉冲型波动，动作时间短，速度快，进一步排除了管道位移因素，因管道位移是一个连续的膨胀过程。管道振动均发生在弯头处。分析原因为管道为空管，约1MPa压力的疏水进入管道后，压力降低，流速增加，动能增加，遇到弯头等阻力元件时，动能降低，降低的动能作用在弯头处，形成冲击力，也可以称之为盲板力。因管道设计温度不高，设计通过针对性修改，在弯头处，增加了固定支架。经过此次修改后，振动问题得到根治。因此判断，水冲击没有固定支架来消除冲击力，故产生了跳动及脱落。

5 结语

本工程高加紧急放水，未考虑采用固定支架抵消水在长距离空管流动时因压力高而产生的冲击力。建议在以后的类似工程中，尤其是长距离空管高压疏水，需注意设置固定支架，抵消弯头或阻力元件处的水冲击力。

参考文献：

[1]赵子琴，李树勋，徐登伟等.管道振动的减振方案及工程应用[J].管道技术与设备，2011（03）：13-15.

[2]郝婷玥，陈贵清，徐光耀.输流管道振动问题的研究[J].水利科技与经济，2008（07）：33-36.

[3]杨大伟，谢敬华，田科.流固耦合效应对输液管道的振动影响研究[J].现代制造工程，2010（08）：21-24.

[4]宋维源，肖挺杨，李吉.管道振动控制技术现状及展望[J].安全与环境学报，2012（03）：5-7.

作者简介：唐畅（1982-），男，湖南岳阳人，本科，工程师，从事电厂设计及研究工作。